多源中繼網(wǎng)絡(luò)中協(xié)作伙伴選擇策略研究

　　摘要：在多源中繼網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，采用解碼轉(zhuǎn)發(fā)(Decode-and-Forward，DF)協(xié)議進行協(xié)作伙伴選擇策略研究。在保證每個用戶的數(shù)據(jù)率要求下，此協(xié)作伙伴選擇方案是從中繼剩余功率與信噪比最小值的乘積中，挑出使該乘積最大的那個協(xié)作伙伴為中繼，然后該中繼幫助源節(jié)點協(xié)作傳輸，其中信噪比最小值是源到中繼和中繼到目的節(jié)點之間信噪比的最小值，并分析了網(wǎng)絡(luò)壽命。仿真結(jié)果證明了此方案實現(xiàn)復雜度低，對于協(xié)作伙伴資源分配更具有公平性且延長了網(wǎng)絡(luò)壽命。

　　前言

　　在無線通信系統(tǒng)中，作為對抗衰落的有效技術(shù)的協(xié)作通信近來被廣泛研究。實質(zhì)上，協(xié)作通信利用了無線信道的廣播特性，源節(jié)點廣播信息，它附近的其它節(jié)點和目的節(jié)點接收都可以接收到信息，那么這些節(jié)點可以轉(zhuǎn)發(fā)源信息到目的節(jié)點，從而達到更有效、更可靠的通信。協(xié)作通信的基本理論是在移動終端用戶之間建立虛擬的多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)。

　　在解碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議下的多用戶協(xié)作通信系統(tǒng)中，如何給每個用戶分配一個中繼是目前面臨的一個挑戰(zhàn)。通常情況下，伙伴選擇策略被分成兩類，一類是多協(xié)作伙伴選擇策略，另一類是單協(xié)作伙伴選擇策略。前者是為一個用戶選擇多于一個伙伴幫助其傳輸，而后者是為用戶選擇最佳中繼。文獻的作者是在解碼轉(zhuǎn)發(fā)(Decode-and-Forward，DF)協(xié)議下多中繼場景中進行最佳伙伴選擇方案研究，采用最小最大化原理，即從中繼解碼集合中選出使源到中繼信噪比與中繼到目的節(jié)點信噪比中最小值最大的那個中繼作為最佳中繼，在協(xié)作傳輸?shù)牡诙A段，該最佳中繼只有在其源到中繼和中繼到目的節(jié)點之中信噪比最小值大于直傳鏈路信噪比時，才參與協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)源節(jié)點信息。而在放大轉(zhuǎn)發(fā)(Amplify-and-Forward，AF)協(xié)議下，選擇策略為使源到中繼和中繼到目的節(jié)點之間信噪比中最小值最大的那個中繼即為最佳中繼，然后參與協(xié)作傳輸。

　　近年來，在協(xié)作通信系統(tǒng)中針對資源分配問題作了廣泛研究，在三節(jié)點組成的協(xié)作分集系統(tǒng)中，在假設(shè)中繼選擇分集被利用的條件下推導了中斷概率最小的功率分配方案。文獻[4]則是在文獻[3]基礎(chǔ)上提出了次優(yōu)的解決方案，但是其在計算和實現(xiàn)復雜度方面卻有很大改善。

　　在多用戶多中繼網(wǎng)絡(luò)中，如何為每個用戶選擇合適中繼，并合理分配系統(tǒng)資源，前人所做工作不是很多，針對上述問題本文提出了改進方案。

　　系統(tǒng)模型

　　在多用戶網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)中有M個源節(jié)點或者用戶Si，N個中繼Rj和共同的目的節(jié)點D。　　

 

　　所有節(jié)點假設(shè)裝備了一個天線，節(jié)點采用半雙工的工作方式。系統(tǒng)采用DF協(xié)議下協(xié)作分集方案，傳輸被分成兩個階段，第一階段是選擇中繼，源節(jié)點發(fā)送信息到目的節(jié)點，該信息也被其它節(jié)點接收解碼，如果該節(jié)點可以正確解碼源信息，第二階段它將轉(zhuǎn)發(fā)源信息到目的節(jié)點;否則中繼不轉(zhuǎn)發(fā)源信息。假設(shè)目的節(jié)點接收且采用最大比合并(MRC)它所收到的分別來自于源節(jié)點發(fā)送和中繼轉(zhuǎn)發(fā)的信息。假設(shè)源-目的節(jié)點，源-中繼和中繼-目的節(jié)點通信信道是獨立平坦瑞利慢衰落信道。最后，假設(shè)整個協(xié)作通行系統(tǒng)使用無編碼二進制相移鍵控(BPSK)調(diào)制。